淺談鐵路軟土路基處理技術(shù)

易勇

摘要： 軟土地質(zhì)嚴重影響我國鐵路運輸?shù)陌踩?，為了提高鐵路運輸?shù)馁|(zhì)量，確保運輸貨物和人員的安全，筆者結(jié)合多年的鐵路施工經(jīng)驗，并引用相應(yīng)的專業(yè)理論常識，提出了緩解軟土對鐵路危害的基本措施和方法，以供同行參考借鑒。

Abstract： Soft soil affects the safety of China's railway transport seriously， in order to improve the quality of rail transport， ensure the safety of the transport of goods and people， the author combined years of experience in railway construction， and refered to the appropriate professional theoretical knowledge， proposed the basic measures and methods of remiting the hazard of soft soil on railway， for reference.

關(guān)鍵詞： 軟土地基；建設(shè)施工；水分；土質(zhì)；技術(shù)

Key words： soft ground；building construction；moisture；soil；technology

中圖分類號：U21 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-4311（2013）03-0034-02

0 引言

軟土是針對正常土質(zhì)而言的一種極容易變形的特殊土質(zhì)，沿海地區(qū)為軟土的廣泛分布區(qū)域，而內(nèi)陸地區(qū)由于湖泊和河流的分布比較廣泛，因此軟土的分布面積也相對廣泛。由于軟土容易變形，而且其對于重力的承受能力相對有限，所以給鐵路的施工建設(shè)帶來了一定的難度。隨著鐵路施工設(shè)備的不斷改良，以及鐵路施工技術(shù)的進步，目前已經(jīng)形成了相應(yīng)的軟土路基處理技術(shù)，下面對其進行簡單介紹。

1 軟土地基在鐵路工程中造成的危害

以往的鐵路施工建設(shè)經(jīng)驗表明，軟土的鐵路工程危害主要是主觀導(dǎo)致，一方面，設(shè)計人員沒有進行細致全面的實地考察，對存在軟土的路段沒有進行標(biāo)注，甚至是忽略不計；另一方面，受到設(shè)計人員專業(yè)知識以及工作態(tài)度的限制，設(shè)計人員沒有對軟土路段進行科學(xué)的處理，因此，軟土地基鐵路建設(shè)施工不僅埋下了鐵路安全隱患，同時也給周邊的建筑帶來了危害。

按照軟土成因以及土壤的成分可以進行兩種分類，首先，按照成因的差異可以分成濱海沉積、河灘沉積、湖泊沉積、沼澤沉積和谷底沉積五類；按土質(zhì)分為有機質(zhì)土、腐殖土、粘性土、粉性土及泥炭五種；此外，按塑性指數(shù)不同又分為粉土、粘土和粉質(zhì)粘土。性質(zhì)、分布不同的軟土其屬性也存在差異，對于重力的承受系數(shù)和透水系數(shù)等都存在較大的差異。所以，只有施工建設(shè)人員對軟土路段進行科學(xué)的勘查，在獲得資料基礎(chǔ)上進行相應(yīng)的處理，才能保證軟土路基的基本質(zhì)量。

軟土地基常見工程問題主要如下述：

①地基承載力問題：由于軟土的透水性強，且土質(zhì)疏松，因此其重力承受能力就相對較弱，在路基建成投入使用之后，鐵路運輸將會對路基造成一個強大的壓力，達到軟土承受極限時，路基的局部就會出現(xiàn)輕微塌陷或者下降，若不進行及時地處理，塌陷程度會加深，影響鐵路的正常使用。

②沉降、水平位移問題：出現(xiàn)鐵路路基沉降之后，路基的其他設(shè)施也會出現(xiàn)相應(yīng)的位置移動，而鐵路的建設(shè)施工過程中路基是嚴格按照火車的匹配數(shù)據(jù)建設(shè)的，位置移動導(dǎo)致現(xiàn)有的路基數(shù)據(jù)值出現(xiàn)變動，給火車的正常運行帶來了障礙。

③不均勻沉降問題：受到地形和路段等因素的影響，不同路段的路基承受重力系數(shù)不一，即使同一路段，由于位置的差異，重力承受系數(shù)也可能存在較大的差異，因此在相同軟土地質(zhì)條件下，承受要求能力高的路段或區(qū)間它的沉降度也就高于承受重力系數(shù)小的路段或區(qū)間。不均勻沉降的直接危害就是火車發(fā)生顛簸，不均勻現(xiàn)象嚴重時將導(dǎo)致火車運行中出現(xiàn)側(cè)翻。

綜合變形方面工程特性，又可概括為下述三方面：

①變形量大：相對于正常土質(zhì)而言，軟土中有機成份含量高，而且多臨近湖泊，海洋，河流等，受到空氣流通和地下水流通兩個層面的影響，其內(nèi)部含水量遠遠超出正常土壤的水分含量，大量的水分存在使得土壤顆粒間的縫隙加大，因此極易壓縮。②壓縮穩(wěn)定所需的時間長：軟土顆粒組成以粘粒為主，單個孔隙很細，因此滲透性很低。在路基投入使用之后，雖然受到重力的擠壓，但是軟土內(nèi)部的水分排出還是緩慢而且困難的，在長時間的水分排出過程中始終伴隨著不同程度的路基沉降和位移，這個過程是緩慢的，周期長，具體的時間又與軟土的含水量，路段的單位時間內(nèi)火車通行數(shù)量和性質(zhì)等相關(guān)聯(lián)。因而，壓縮穩(wěn)定的周期長，少則幾年，多則幾十年不等。在漫長的壓縮穩(wěn)定時期，為了確?；疖嚨耐ㄐ邪踩F路維護人員需要進行定期的檢查和維修，這將帶來大量的人力、物力以及設(shè)備費用的消耗。③側(cè)向變形較大：由于土壤的內(nèi)部結(jié)構(gòu)不緊密，而且存在大量的水分，因此，軟土的路基最容易發(fā)生側(cè)向的變形，另外即使在同一路段，軟土路基的側(cè)向變形程度也遠遠高于豎向變形程度。側(cè)向變形之后的路基與鐵軌的初始數(shù)據(jù)不能匹配，因此極容易在火車運行過程中出現(xiàn)脫軌現(xiàn)象，安全隱患大。

2 常用軟土地基處理技術(shù)

科研人員在大量的實際勘探數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上，進行了多年的技術(shù)研究和分析，引進國外的先進設(shè)備和施工技術(shù)，并結(jié)合我國特殊的鐵路建設(shè)運輸國情，總結(jié)出相應(yīng)的主要軟土地基處理技術(shù)，用于全面提高軟土地基的基本質(zhì)量。目前主要的處理技術(shù)主要包括：置換、擠密、夯實、膠結(jié)、排水、加筋等。地基的的建設(shè)施工使用材料和建設(shè)施工方法的不同，導(dǎo)致路基的實際情況存在差異，因此，雖然上述辦法都是經(jīng)過研究和實踐表明的科學(xué)處理辦法，但是在具體的選擇過程中有必要結(jié)合實際，選擇經(jīng)濟價值和社會價值都相對較高的辦法。需要提出的是，同一軟土路基可以選擇多種處理辦法。由于我國的幅員遼闊，部分火車途經(jīng)的路段土壤條件極其特殊，因此，在國內(nèi)，主要的軟土路基處理技術(shù)可以概括為：強夯法、換填法、排水固結(jié)法、灌漿法、復(fù)合地基法等。另外，近年來，借鑒樓層建設(shè)的施工經(jīng)驗，鐵路路基建設(shè)又引進了鋼筋混凝土樁網(wǎng)結(jié)構(gòu)，下面將對這幾種技術(shù)進行系統(tǒng)的介紹。

2.1 強夯法 強夯法又名動力壓實法或動力固結(jié)法。該種方法操作原理簡單，主要是通過加大重力來縮短軟土的穩(wěn)定周期，減少后期的路基變形系數(shù)。具體的操作方法是，在軟土路基建設(shè)過程中，運用升降機，重復(fù)升降重力錘，反復(fù)敲打軟土路基，通過重力的突然加大，加快軟土路基的水分排出速度，加強路基的穩(wěn)定性。由于這種辦法操作簡單，經(jīng)濟耗費低，所以是目前軟土路基建設(shè)工程中普遍采用的一種方法。但是，該種辦法具有一定的使用局限，通常來說強夯法適用于低飽和度的粉土與粘性土、濕陷性黃土等地基。雖然在高飽和的軟土地基路段也存在施工建設(shè)成功的案例，但是通過數(shù)據(jù)調(diào)查，表明失敗的數(shù)量遠高于成功的數(shù)量，為此，筆者建議在高飽和的建設(shè)施工環(huán)境下，不選用強夯法。當(dāng)然通過高飽和與低飽和的轉(zhuǎn)換，仍可采用該種辦法，飽和度轉(zhuǎn)換的主要途徑是在飽和軟黏土中設(shè)置排水通道后，再進行強夯。

2.2 換填法 眾所周知，軟土的施工難度高，處理技術(shù)復(fù)雜，安全隱患嚴重，因此，在軟土層相對較薄的路段，施工建設(shè)單位可以考慮將整體的軟土層進行移除，施工人員也可以根據(jù)軟土層的實際厚度，移除掉一定厚度的軟土層，確保整體的穩(wěn)定性，當(dāng)然在土層移除之后需要進行相應(yīng)的回填作業(yè)，我們將這種軟土路基的處理辦法概括為換填法。換填法施工需要注意兩個問題，其一是確定軟土土層的移除厚度，明確是整體移除還是局部移除，其二是，合理選擇回填的材料。由于鐵路施工的工程量大，因此選擇回填材料時既要考慮材料的性能確保路基穩(wěn)定，同時還要參考材料的價格，減少費用支出。現(xiàn)行比較常見的回填材料基本是強度較高的砂、碎石、卵石、素土、灰土、煤渣、礦渣或其它性能穩(wěn)定，強度好的材料。施工人員也可以進行技術(shù)改良，即運用不同的回填材料進行分層回填，經(jīng)過回填施工的路基其穩(wěn)定性大大提高，該種辦法對于提高路基的穩(wěn)定性，縮短排水周期比較有效，但是施工的工程量相對較高。

2.3 排水固結(jié)法 為了減少路基建成后后期的長時間緩慢沉降，施工建設(shè)單位可以在建設(shè)的過程中進行一定的沉降，一旦沉降達到既定的數(shù)值，后期投入使用的沉降現(xiàn)象就會明顯的減少。通常來說，排水固結(jié)法就是在施工過程中通過給路基施加超負荷的重力，促進軟土土壤縫隙中水分的及時排出，減少軟土中水分的含量，最大限度的減少后期的沉降現(xiàn)象。通常來說排水固結(jié)方法主要由兩個方面構(gòu)成，一方面是排水的設(shè)備和技術(shù)，另一方面是加壓的設(shè)備和技術(shù)。排水系統(tǒng)分為豎向排水體和水平排水體；加壓系統(tǒng)一般有堆載法、真空法、降低地下水位法和電滲法。通過一系列的排水和加壓處理，軟土內(nèi)部的水分基本排除，土壤的內(nèi)部縫隙減小，土壤的重力承受能力加強，后期投入使用的沉降幅度小，基本保障了鐵路運輸?shù)穆坊踩?/p>

2.4 灌漿法 灌漿法的主要原理是通過灌漿設(shè)備向軟土土層灌注漿液，漿液的混入能夠在特定的空間范圍內(nèi)，對水分形成一定的擠壓，減少了水分的占有空間，從而加速水分的排除，降低由于水分長期外排產(chǎn)生的路基變形和移位。此外，灌入的漿液具有一定的粘合性質(zhì)，能夠加強軟土土壤的粘合度，使之成為一個強有力的整體，這也一定程度上減輕了路基的變形和移位。施工建設(shè)人員在采用灌漿法時應(yīng)該科學(xué)合理的選擇化學(xué)性質(zhì)相對較穩(wěn)定的漿液，并根據(jù)軟土的土質(zhì)情況合理確定漿液的具體灌入量。

2.5 復(fù)合地基法 復(fù)合地基是指在現(xiàn)有地基的基礎(chǔ)之上，通過混入一定的材料，改善原有天然路基的缺陷，這種經(jīng)過人工改造過的路基就稱為復(fù)合地基法。復(fù)合地基是在原有基礎(chǔ)上進行一定程度的調(diào)整，因此，施工的難度系數(shù)低，使用成本相對較低。按照填充材料的不同，復(fù)合地基能夠分為不同的種類，下面對兩種最為常見的方法進行介紹。

2.5.1 碎石樁 碎石樁顧名思義就是通過利用碎石的填充，改善軟土土質(zhì)作為路基土壤的缺陷，從而加強軟土路基的重力承受能力，降低鐵路運輸?shù)娘L(fēng)險。碎石樁是目前為止施工建設(shè)單為相對利用較為廣泛的一種方法，適應(yīng)范圍廣，經(jīng)濟節(jié)約，操作簡單。

2.5.2 水泥粉煤灰碎石樁 水泥粉煤灰碎石樁即CFG樁，是在粉煤灰、碎石、砂石和石屑中摻適量的水泥加水拌和，用成樁機械在地基中制成強度等級為C5～C25的樁。該處理方法通過在碎石樁體中添加水泥和石屑，使樁體獲得膠結(jié)強度，添加粉煤灰以增加混合料的和易性，使之從散體材料樁轉(zhuǎn)化成為具有柔性樁特點的高粘結(jié)強度樁。

2.6 鋼筋混凝土樁板結(jié)構(gòu) 樁板結(jié)構(gòu)路基由下部鋼筋混凝土樁基、路基本體與上部鋼筋混凝土承載板組成，承載板直接與軌道結(jié)構(gòu)連接。該種軟土路基處理技術(shù)具有一定的優(yōu)勢，其一，路基堅固，不易變形，使用周期長；其二，路基的后期維護周期長，維護經(jīng)費少；其三，具有耐用性的利用優(yōu)勢。

3 結(jié)語

綜上所述，近年來，受到經(jīng)濟發(fā)展的帶動，鐵路建設(shè)事業(yè)發(fā)展速度逐漸加快，在建設(shè)過程中，對于軟土路基的鋪設(shè)施工不可避免，為此，廣大鐵路建設(shè)施工技術(shù)人員在技術(shù)與實踐的支撐下，逐漸總結(jié)出一整套適合我國鐵路建設(shè)實際情況的軟土路基處理技術(shù)，通過該系列技術(shù)的利用，我國的鐵路建設(shè)質(zhì)量有了大幅度的提高，這對于保障人民群眾的基本生命財產(chǎn)安全，促進社會的和諧發(fā)展都具有一定的積極意義，未來技術(shù)人員需要在現(xiàn)有基礎(chǔ)上研究更加有效經(jīng)濟的處理辦法，逐漸縮小與國外發(fā)達國家之間的差距。

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